(57)【要約】【課題】  従来の立体表示装置の問題点を解決し、高画質の立体表示装置を提供することにある。【解決手段】  左右の視差画像を短冊状に分割し、分割された視差画像を左右交互に並べたストライプ視差画像を合成するストライプ画像合成手段と、短冊状の遮光部と短冊状の開口を並べたパララックスバリアによって指向性のある視差画像を観察者に表示する指向性発生手段と、そのパララックスバリアを左右方向に移動する振動制御手段と、その振動手段によってパララックスバリアが移動した第1のバリア位置と第2のバリア位置に応じた第1のストライプ視差画像と第2ストライプ視差画像を交互に表示し立体表示する同期制御手段とを備える立体表示装置を提供する。【選択図】  図１
2005157033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の視差画像を短冊状に分割し、分割された視差画像を左右交互に並べたストライプ視差画像を合成するストライプ画像合成手段と、短冊状の遮光部と短冊状の開口を並べたパララックスバリアによって指向性のある視差画像を観察者に表示する指向性発生手段と、そのパララックスバリアを左右方向に移動する振動制御手段と、その振動手段によってパララックスバリアが移動した第1のバリア位置と第2のバリア位置に応じた第1のストライプ視差画像と第2ストライプ視差画像を交互に表示し立体表示する同期制御手段とを備えた立体表示装置。
【請求項２】
前述のパララックスバリアの振動手段による振動の幅はパララックスバリアピッチの略半分であり、且つ、振動の山の頂点と谷の底の近傍が前述の第1のバリア位置又は第2のバリア位置を設け、第1のストライプ視差画像又は第2の視差画像を表示することを特徴とする請求項1の立体表示装置。
【請求項３】
請求項1のパララックスバリアの振動手段による振動の幅はパララックスバリアピッチと略同等であり、且つ、振動の山の頂点と振動の中点又は谷の底と振動の中点に前述の第1のバリア位置又は第2のバリア位置を設け、第1のストライプ視差画像又は第2の視差画像を表示することを特徴とする請求項1の立体表示装置。
【請求項４】
請求項１の装置において、第1のストライプ視差画像から第2のストライプ視差画像に移行する所定の期間、或いは第２のストライプ視差画像から第１のストライプ視差画像に移行する所定の期間に画像表示を行わない所定の期間を設けたことを特徴とする請求項1の立体表示装置。
【請求項５】
請求項１の装置の画像表示手段は液晶表示装置で構成され、請求項４に記載の第1のストライプ視差画像から第2のストライプ視差画像に移行する所定の期間、或いは第２のストライプ視差画像から第１のストライプ視差画像に移行する所定の期間に、前記液晶装置のバックライトを消灯することを特徴とする請求項４の立体表示装置。
【請求項６】
請求項1の装置において、2次元表示を行う際にはストライプ画像合成を行わず、同一の2次元画像を第1のバリア位置と第2のバリア位置で表示することを特徴とする立体表示装置。
【請求項７】
請求項1の装置において、2次元表示を行う際にはストライプ画像合成を行わず、パララックスバリアを電子的に発生或いは消滅できるバリア形成手段を備え、パララックスバリアを消滅制御することで2次元表示することを特徴とする立体表示装置。
【請求項８】
請求項1の装置において、2次元表示を行う際にはストライプ画像合成を行わず、パララックスバリアを立体表示するときよりも高速に振動させることを特徴とする立体表示装置。
【請求項９】
パララックスバリアと筐体の間に弾性体を設け、固有振動周波数が立体表示周波数と略一致する共振系で構成したことを特徴とする立体表示装置。
【請求項１０】
請求項１の装置において、振動するパララックスバリアと画像表示手段の間隔を変える間隔制御手段と、観察者の視点位置を検出する視点検出手段を備え、視点検出手段の奥行き情報に応じてパララックスバリアと画像表示手段の距離を制御することを特徴とする立体表示装置。
【請求項１１】
請求項１の装置において、振動するパララックスバリアと画像表示手段の水平相対位置を変える水平相対位置制御手段と、観察者の視点位置を検出する視点検出手段を備え、視点検出手段の左右情報に応じてパララックスバリアと画像表示手段の水平相対位置を制御することを特徴とする立体表示手段。
【請求項１２】
請求項１の装置において、観察者の視点位置を検出する視点検出手段と振動するパララックスバリアの振動中点を移動させるバイアス重畳手段を備え、視点検出手段の左右情報に応じてバイアス重畳手段を制御することを特徴とする立体表示手段。
【請求項１３】
請求項１の装置において、観察者の視点位置を検出する視点検出手段と振動するパララックスバリアと視差画像表示タイミングを調整する視差画像タイミング調整手段を備え、視点検出手段の左右情報に応じて視差画像タイミング調整手段を制御することを特徴とする立体表示手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は右眼と左眼の両眼視差によって、観察者に立体像を観察させる立体ディスプレイとその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（１）両眼視差による立体表示手段の説明：ディスプレイ上に立体表示を行う方式としては、パララックスバリアを用いた立体画像表示方式（以下、パララックスバリア方式と呼ぶ）が広く知られている。
【０００３】
パララックスバリア方式については、S.H.Kaplan,“Theory of Parallax Barriers",J.SMPTE,Vol.59,No.7,pp.11-21(1952)に開示されている。この方式によれば、複数視点からの複数視差画像のうち、少なくとも左右視差画像を交互に配列されたストライプ画像を、この画像から所定の距離だけ離れた位置に設けられた所定の開口部を有するスリット（パララックスバリアと呼ばれる）を介して、左右それぞれの眼でそれぞれの眼に対応した視差画像を観察することにより立体視を行うことができる。
【０００４】
また、左右の視差画像を表示する方式としてレンチキュラ方式も広く知られている。レンチキュラ方式はディスプレイの前面にかまぼこ状のレンズを多数ならべたレンチキュラを設け、空間的に左右の眼に入る画像を分離して、ユーザに立体像を観察させる。
【０００５】
更に、特開平９−３１１２９４号公報（キヤノン、森島）には、２枚のレンチキュラレンズと市松マスクによって左右視差画像を分離する立体表示装置が開示されている。
【０００６】
（２）視点検出追従の説明：上述のような立体画像表示装置の立体視領域は狭く、観察者の視点が立体視領域から外れると立体表示が認識されなくなる。そのため、観察者の視点位置を検出して、視点位置に応じて画像表示を制御して、立体視領域を観察者の視点位置に自動的に追従させ、実質的な立体視領域の拡大が図られている。例えば、特開平１０―２３２３６７号公報（キヤノン、森島）には、マスクパターンまたはレンチキュラレンズを表示面に平行移動させて、立体視領域を拡大する技術が開示されている。
【０００７】
また、特開平１０−１１５８００号公報（シャープ、英国優先権）には、レンチキュラレンズを水平方向だけでなく、表示素子との距離も可変とすることによって、立体視可能な範囲を左右方向だけだでなく、奥行き方向（表示装置と観察者との距離方向）にも拡大した立体表示装置が提案されている。
【０００８】
このような立体画像表示装置において、マスクパターンやレンチキュラレンズの移動量は、観察者の左右位置と奥行き観察距離、即ち、視点位置によって決定される。本明細書において、視点位置は両眼の中心位置を意味する。通常、視点位置検出は表示装置に設けたビデオカメラによって観察者を撮影し、撮影画像にテンプレートマッチング等を施す画像処理方法により行われる。特に奥行きの距離検出については、ステレオ画像を用いた方法が多く用いられる。
【０００９】
（３）２Ｄ／３Ｄ混在表示の説明：２次元画像（一視点画像）表示装置との両立を達成するために、パララックスバリアを透過型液晶表示装置などにより電子的に発生させ、バリアパターンの形状や位置などを電子的に可変制御するようにした立体表示装置が、特開平３−１１９８８９号公報（日本放送協会、磯野）、特開平５−１２２７３３号公報（日本放送協会、磯野）に開示されている。
【００１０】
図９は特開平３−１１９８８９号公報に開示されている立体画像表示装置の基本構成図である。この立体画像表示装置は、画像表示を行う透過型液晶表示装置901と、これに厚さｄのスペーサー902を介して配置される透過型液晶表示素子を具備する。透過型液晶表示装置901には２方向または多方向から撮像した視差画像を縦ストライプ画像として表示する。そして、電子式パララックスバリア903にはＸＹアドレスをマイクロコンピュータ904等の制御部によって指定することにより、バリア面上の任意の位置にパララックスバリアパターンを形成し、前記パララックスバリア方式の原理に従って立体視を可能とする。
【００１１】
また、図１０は特開平３−１１９８８９号公報に開示されている液晶パネルディスプレイと電子式パララックスバリアによって構成された立体画像表示装置の表示部の構成図であり、２枚の液晶層915，925をそれぞれ２枚の偏光板911，918及び912，928で挟んだ構成になっている。この装置において、２次元画像表示を行う際には、電子式パララックスバリアパターンの表示を停止し、電子式バリア903の画像表示領域の全域にわたって無色透明な状態にすることで、２次元表示との両立性を実現している。
【００１２】
また、特開平５−１２２７３３号公報には、図１１に示すように透過型液晶表示素子から成る電子式パララックスバリア903の一部領域にのみバリア・ストライプのパターンを発生させることが出来る構成とし、３次元画像と２次元画像とを同一面内で混在表示することを可能とした例が開示されている。
【００１３】
（４）高品位立体像化の説明：上述のパララックスバリア方式やリアクロスレンチ方式では、使用する一枚のパネルから左目用画像と右目用画像を表示するために、夫々の視差画像の解像度が半分になる問題がある。この問題を解決するためには、パネルの解像度を上げるか、時分割で補ってやる必要がある。時分割による方法は、特表平9-503355（Sorensen）に述べられている。図１２Aと図１２Bで示すように、特表平9-503355は透過遮光制御が可能なシャッタアレイ(シャッタコンポーネント)と、そのシャッタアレイに同期して画像を切り替えることで、右目或いは左目で観察される視差画像の解像動画が半分にならないようにしている。
【００１４】
以下、夫々の視差画像の解像度が半分ではなく、通常の２D表示と同じ解像度で表示される立体像のことを本明細書では高品位立体像と呼称する。高品位立体像でない通常の立体ディスプレイの場合は、立体像の画素が欠ける問題がある。特にワイヤーフレームモデル等のように直線や曲線を用いて立体像を表現する場合は、実線が破線のように欠けて見えることや、線そのものが欠落するなどの問題がある。尚、特表平9-503355には、シャッタアレイを移動することによって、視点追従を行う構成についても記載されている。
【００１５】
また、特開平9-74574(キヤノン、谷口)では、画像表示に同期してパララックスバリアを書き換えて高品位立体像化を図っている。
【００１６】
図１３は特登録第2778543号（日本電気、今井）の説明であり、第1のパララックスバリアと第2のバララックスバリアを備え、右目画像と左目画像を交互に表示するに同期してパララックスバリアを左右に移動し、高品位立体像を表示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
（１）S.H.Kaplanが提案している従来のパララックスバリア方式では水平方向の解像度が半分となる。特にＣＧのワイヤーフレーム等の線画を３Ｄ表示すると、線画が破線状に見えたり、線が欠けたりする問題がある。
【００１８】
（２）一般の映像ソースは２Ｄ表示のものが多く、３Ｄディスプレでも２Ｄ表示できることが求められる。
【００１９】
（３）両眼視差方式の３Ｄ方式は立体視領域が狭く、立体視領域を拡大する目的で視点追従が行われ、表示方式として視点追従が可能であることが望ましい。
【００２０】
（４）パララックスバリアを液晶等で構成し電気的に制御するものでは、バリア自体が液晶ディスプレイと同様に構造になるためにコスト高になる傾向がある。
【００２１】
（５）パララックスバリアを液晶等で構成し電気的に制御する構成で視点追従を行うためには、パララックスバリアの１ピッチを更に分割した微細な構造にしなければならない。
【００２２】
（６）特登録第2778543号（日本電気、今井）では、視点追従手段が無いために、立体視領域が狭い。
【００２３】
本発明では上記のような従来の立体表示装置の問題点を解決し、高画質の立体表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記の目的を達成するための本発明の立体表示装置は、左右の視差画像を短冊状に分割し、分割された視差画像を左右交互に並べたストライプ視差画像を合成するストライプ画像合成手段と、短冊状の遮光部と短冊状の開口を並べたパララックスバリアによって指向性のある視差画像を観察者に表示する指向性発生手段と、そのパララックスバリアを左右方向に移動する振動制御手段と、その振動手段によってパララックスバリアが移動した第1のバリア位置と第2のバリア位置に応じた第1のストライプ視差画像と第2ストライプ視差画像を交互に表示し立体表示する同期制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の表示パネルとして液晶表示装置を例にとって説明したが、上述と同様の機能を果す表示パネルであれば、液晶表示装置以外の表示パネルを用いても良い。
【００２６】
以上説明したように、パララックスバリアを振動制御し、表示画像を動機的に制御することで、クロストークがなく、高品位な立体像が表示できる。また、画像表示制御等を適切に行うことで2次元表示も可能になる。更に視点検出を行い、スイングバリア等を適当に制御することで立体視領域の拡大が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態では、パララックスバリアを振動制御し、視差画像を同期して表示することによって高品位立体像化を図った表示光学系について述べる。本実施形態の画像表示装置は液晶表示装置を用いて説明する。
【００２９】
（１）第1の実施形態の全体構成とスイング動作：
図１に第1の実施形態の表示装置構成を示す。101は水平方向(紙面では上下方向)に振動し、透過部と遮光部を交互に有するパララックスバリア（以下、スイングバリアと呼称）である。スイングバリアは振動する以外は従来のパララックスバリアと同様の光学的機能を果す。102は表示パネルで液晶によって構成され、コンピュータ等の映像信号により所定の画像を表示する。103は液晶表示パネルのバックライトである。110はスイングバリアの振動を制御するバリア振動制御系、120は表示パネル102の画像表示を制御する画像表示系、130はバックライト103を制御するバックライト発光制御系である。また、50Rは観察者の右目、50Lは観察者の左目である。
【００３０】
スイングバリア101は水平方向に正弦波状の運動、即ち、振動しており、図２Aと図２Bはその運動途中の或る瞬間を示し、高品位立体像化を図っている説明である。図２Aと図２Bに示すように、表示パネル102は交互に右画像と左画像をストライプ状に表示し、図２Aと図２Bでは右画像と左画像の関係が反転する。この際の右画像と左画像は、1画素（RGB単位）或いは数画素単位、または画素のドット単位（例えばRGB色画素のひとつ）でもよい。図２Aにおいて、Dをパネル-バリア間隔、Eを眼間距離、Lを視差画像のピッチ、Bをバリア開口ピッチ、Rを観察距離とおき、三角形P0-P1-P2と三角形P0-P3-P4の相似から、
Ｌ：Ｄ＝Ｅ：Ｒの関係であり、次式になる。
【００３１】
【数１】
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また、三角形P1-P4-P5と三角形P0-P4-P6の相似から、２Ｌ：（Ｄ＋Ｒ）＝Ｂ：Ｒの関係であり、次式になる。
【００３２】
【数２】
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式２は式１の関係から、次のようにも表すことができる。
【００３３】
【数３】
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バリア開口ピッチBは式２で算出でき、得られたバリア開口ピッチに対応して開口を設ければ良い。図２Aと図２Bでは、スイングバリアの位相が半ピッチ異なる状態を示している。例えば、図２Aでは紙面上方から視差画像が右左交互に表示され、それぞれの視差画像が右眼と左目に導かれている。また、図２Bでは、スイングバリアの位相の半ピッチ移動に対応し、図２Aと逆に紙面上方から左右交互に視差画像が表示され、同様にそれぞれの眼に視差画像を導いている。このようにバリアの開口位置に応じて画像を切り替えることで高品位立体像の表示が可能となる。この時、バリアの切り替えと画像の切り替えは人間の残像時間内に行う必要があり、通常の2Ｄ表示デバイスの2倍程度が要求される。
（２）表示光学系の設計例：
以下に具体的なバリアの設計例について述べる。
【００３４】
使用する表示パネルは、以下の仕様とする。
【００３５】
画面サイズ：38cm(15インチ型)
画素数：1024×768(XGA)
画素ピッチ：0.297mm
また、一般的に観察者の眼間は65mm程度であり、E=65とする。また、一般的なディスプレイの標準的な観察距離は650mmと言われており、R=650とする。よって、バリアピッチBは式２より、
【００３６】
【数４】
2005157033.tif 000006
である。
【００３７】
パネル-バリア間隔Dは式１を変形し以下のように求まる。
【００３８】
【数５】
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以上で求めた値でパララックスバリア方式の光学系を構成すれば、左右の視差画像を表示することが可能である。
（３）画像表示タイミング：
テレビジョン信号方式のNTSC方式のフィールド周波数は約60Ｈｚ、PAL方式のフィールド周波数は約50Ｈｚであり、このように人がフリッカーを感じない表示の明滅の周波数としては50Hz程度必要である。本発明においても、左右の眼にそれぞれ50Ｈｚの画像表示を行うため、表示パネル102は倍の100Hz相当の表示速度が必要となる。図３はスイングバリアの運動と表示タイミングを示す図であり、時間の経過と伴にバリアが移動、振動していることを示す。図中の横軸は時間軸であり、縦軸はスイングバリアの位置である。縦軸、即ち、スイングバリアの位置の原点（以下、単にバリア原点と言う。）は図２Aと図２Bであり、振動の山の頂点と谷の底の中点となる。スイングバリアは図３で示すようにほぼ正弦波状に振動して、図中に示している（１）〜（４）を繰り返すことで立体表示を行っている。尚、この正弦波の振動の幅はバリアピッチBの略半分である。図中の「（１）表示期間A」は図２Aの状態を示し、このときにバックライト103は点灯されており所定の立体表示を行う。「（２）切換A」は図２Aの画像表示状態から図２Bの画像表示状態への切換期間である。通常の表示パネルは線順次走査等で描画されるため、その切換時間を確保する必要がある。「（２）切換A」の間はバックライト103を消灯することにより、観察者には切換画像を観察されず、左右像のクロストークが発生しないように制御される。「（３）表示期間B」は図２Bの状態を示し、このときにもバックライト103は点灯されて所定の立体表示を行う。「（４）切換B」は図２Bの画像表示状態から図２Aの画像表示状態への切換期間である。「（２）切換A」と同様に、表示パネルの切換時間を確保し、左右像のクロストークが発生しないように制御する。
【００３９】
このように「（１）表示期間」、「（２）切換A」、「（３）表示期間B」及び「（４）切換B」を繰り返すことにより高品位立体像の再生が可能となる。
（４）2D表示：
コンピュータシステムやテレビジョンシステムでは、従来のデータやソースを使用するために2次元表示の要求がある。本発明の実施形態で2次元表示するには以下の方法がある。この時の画像はストライプ視差画像ではなく、一般の2次元画像を表示する。
【００４０】
・「（１）表示期間A」と「（３）表示期間B」で同じ画像を表示する。表示画像以外は第1の実施形態の制御と同様である。
【００４１】
・スイングバリアの発生を制御できる構成にする。例えば、スイングバリアの遮光部を液晶で構成し、印加電圧によってスイングバリアの発生と消滅を制御し、2Ｄ表示の時は遮光部を消滅させる。また、このときの2Ｄ表示画像は倍速でなくてもよく、通常の表示速度で対応できる。スイングバリアをマトリックス構造にして、3Ｄ表示部分のみにバリアを発生することで、2Ｄと3Dの混在表示も可能である。
【００４２】
・画像表示に対して、スイングバリアが認識されない高速で振動制御する。
【００４３】
＜第２の実施形態＞
一般に市販されている表示パネルは水平方向に赤色と緑色及び黄色の色ドットが並んだ一単位を一画素（以下、RGB水平画素構造という。）とする構成が多い。レンチキュラやパララックスバリア方式等で、このようなパネルの2画素（RGBの一組で１画素）にレンチキュラ或いはバリアの1ピッチを当てると、色が分離して見える現象が起きる。この色分離対策のために、色ドット（RGBのうちの一つ）の二つにバリアを割り当てる方式等が提案されている。第1の実施形態では、一般に市販されているRGB水平画素構造の表示パネルを90°回転して用いるか、RGBの色ドットが縦方向に配列されている表示パネルを用いる必要ある。また、二つの色ドットの対応したパララックスバリアを構成し、色分離対策を施した製品も市販されているが、同様に第1の実施形態にも適用可能である。
【００４４】
第2の実施形態では上述の手段ではなく、一般的な水平RGBストライプ配列の表示パネルを用いた場合で、色分離の課題を克服した表示制御について述べる。
（１）画像表示タイミング：
図４は第2の実施形態のスイングバリアに関して、その運動と表示タイミングを示す図である。図中の横軸は時間軸であり、縦軸はスイングバリアの位置で、原点はスイングバリアの振動の谷の頂点と山の底の中点である。スイングバリアは図３で示すようにほぼ正弦波状に振動して、図中に示している（１）〜（４）を繰り返すことで立体表示を行っている。図中の「（１）表示期間A」は、ほぼ図２Aの状態を示し、このときにバックライト103は点灯されて所定の立体表示を行う。「（２）切換A」は図２Aの画像表示状態から図２Bの画像表示状態への切換期間である。通常の表示パネルは線順次走査等で描画されるため、その切換時間を確保する必要がある。「（２）切換A」の間はバックライト103を消灯することにより、観察者には切換画像を観察されず、左右像のクロストークが発生しないように制御される。「（３）表示期間B」は、ほぼ図２Bの状態を示し、このときにもバックライト103は点灯されて所定の立体表示を行う。「（４）切換B」は図２Bの画像表示状態から図２Aの画像表示状態への切換期間である。「（２）切換A」と同様に、その切換時間を確保し、左右像のクロストークが発生しないように制御する。
【００４５】
このように「（１）表示期間」、「（２）切換A」、「（３）表示期間B」及び「（４）切換B」を繰り返すことにより高品位立体像の再生が可能となる。
（２）第1の実施形態との差異：
第1の実施形態との差異は大きく2点ある。第1の差異は「（１）画像表示A」或いは「（３）画像表示B」と、スイングバリアの振動の位相である。第1の実施形態では振動の山の頂点近傍或いは谷の底近傍で画像表示を行い、このときスイングバリアの移動速度はゼロに近く、図２Aと図２Ｂの状態に非常に近い。第2の実施形態では振動の山の頂点と振動の中点或いは谷の底と中点の間に画像表示が行われ、スイングバリアの移動速度は所定の値をもつことになる。第2の実施形態では開口移動速度と表示時間を加味して、従来のパララックスバリア方式の開口よりも狭い幅で設定され、開口移動によって等価的に図２Aと図２Bの状態になる。「（１）画像表示A」或いは「（３）画像表示B」の或る瞬間は前述した色分離の問題が生じているが、バリア開口が移動することにより、色分離が分散されて観察者には認識されにくくなる。
【００４６】
第2の差異はスイングバリアの振動の幅である。第1の実施形態では振動の山の頂点近傍と谷の底近傍を利用するため、その振動の幅は従来のパララックスバリアのバリアピッチの略半分に対応した値となった。しかし、第2の実施形態では振動の中間を使用するので、第1の実施形態に対して振幅を大きく取る必要があり、略バリアピッチと同等の振動の幅にする。
【００４７】
以上、第2の実施形態で述べたような構成にすることで、通常、市販されているRGB水平画素構造の表示パネルを使用しても、色分離が認識されにくい高品位立体画像表示が可能となる。
【００４８】
＜第３の実施形態＞
本実施形態では、スイングバリアの駆動手段について述べる。
（１）スイングバリアの機構：
スイングバリアを振動させるためにはスイングバリアを水平移動させる支持機構と、振動させる駆動機構が必要である。支持機構は市販のリニアガイドやリニアベアリング等を用いた公知の水平移動機構で容易に達成できるので、本明細書での説明は割愛する。
【００４９】
図５はスイングバリアを振動させるための駆動機構の一例であり、永久磁石と電磁コイルでスイングバリア101に駆動力を加え移動させる電磁駆動機構を採用している。図中、301は永久磁石、図６は電磁コイル、303はスイングバリア101の移動距離を検出するための位置センサである。図５では固定側にコイル、可動側に永久磁石の構成となっているが、固定側と可動側の関係を反対にしても問題ない。
（２）制御系の説明：
図６は本実施形態の駆動制御系と本発明全体の制御を説明したブロック図である。バリア振動制御系110は、302、303、304及び305から構成されている。304は電磁コイル302に電力を供給し電磁力を発生させるための電力増幅用のアンプである。305はスイングバリアの振動制御を行うためのコントローラで、スイングバリアの移動位置を検出する位置センサ303の情報を参照しながら制御量、例えば、PIDなどの演算を行う。バリアの振動制御は305、304、302、101及び303で一つの制御ループを構成している。また、311は本発明の装置全体の制御を行うシステムコントローラである。
（３）バリア振動制御と画像表示タイミングの説明：
上述した第1の実施形態と第2の実施形態では、スイングバリアの振動の位相と画像表示のタイミングを所定の関係にする必要がある。手段としては二つある。第1の手段は画像表示を基準にして、スイングバリアの位相と振幅を制御する方法である。画像表示に使用する同期信号を元にスイングバリアの制御用基準信号を生成し、スイングバリアのコントローラ305に供給する。コントローラ305ではこの基準信号と一致するように制御量を演算し制御する。
【００５０】
逆に第2の手段はスイングバリアの振動を基準に画像表示を行う。この場合、外部から供給される映像映像のフレーム周波数とスイングバリアの振動周波数は略一致するように構成されるが厳密に一致しないことが多い。この周波数の違いを吸収するバッファ（フレームメモリなど）が必要である。例えば、映像ソースのフレーム周波数がスイングバリアの振動周波数よりも高いときは、映像ソースのフレームを間引く。また、逆の場合は同じ画像を続けて表示する。
【００５１】
（４）共振を利用したスイングバリアの機構：
図７は可動部に弾性バネを設け、共振させて駆動エネルギーを小さくしている。図中、315は装置の筐体である。310は共振用バネあり、スイングバリア101と筐体315の間に設けられる。この共振系を単振動と仮定し、スイングバリア101等を含む可動部質量をM、共振用の合成バネ定数をKとおけば、共振周波数ｆは以下のようになる。
【００５２】
【数６】
2005157033.tif 000008
本実施形態ではｆ=50Ｈｚになるように可動部の質量とバネ定数を設計すれば、画像表示周波数と一致する。可動部の摩擦が無ければ、スイングバリアの振動駆動のエネルギーは不要であるが、実際には支持機構や駆動での損失があるため、この損失分を補う必要がある。しかし、この損失分は僅かな量であり、このように共振系の固有周波数と画像表示周波数を一致させると、ごく僅かなエネルギーで駆動が可能となる。
【００５３】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態では、本発明のスイングバリアを備え、観察者の立体視領域を拡大するために、観察者の視点位置を検出し、その視点位置に立体視領域を追従・表示する形態について述べる。
【００５４】
（１）視点追従制御の説明：
パララックスバリア方式ではバリアを水平方向に移動すると観察位置も水平方向にシフトし、バリアを前後方向に移動すると観察位置も前後方向に移動する。このことを利用し、観察者の眼の位置を検出し所定のバリア移動制御を行えば、観察者の視点位置に応じて立体視領域を追従でき、立体観察領域の拡大が可能である。
【００５５】
（２）奥行き方向の追従：
奥行き方向の追従はスイングバリア101を前後方向に移動し、パネル-バリア間隔Dを変えれば、式１の関係に従って観察距離が移動する。パネル-バリア間隔Dと観察距離Rは比例関係にある。第1の実施形態では観察距離を650mmと固定にしたが、ここでは、最短観察距離を500mm、最長観察距離を1200mmとした場合の設計例を以下に示す。
【００５６】
【表１】
2005157033.tif 000009
（３）左右方向の追従によるシフト量：
前述のようにスイングバリアを左右方向に所定量移動することで観察位置を左右に移動することが可能である。図８は左右にスイングバリアを移動したときの図で、図２Ａ或いは図２Ｂの瞬間を示し、右目だけの移動を記した。図中の点線は移動後の位置で、Xは観察者の水平移動量、Hはスイングバリアの移動量である。三角形の相似条件から、Ｄ：Ｈ＝（Ｄ＋Ｒ）：Ｘであり、また、式１よりDとRを消去すると、式5となる。
【００５７】
【数７】
2005157033.tif 000010
となる。
【００５８】
スイングバリア101の移動量と観察者の移動量は比例関係にある。第1の実施形態の設計値を代入すると、
X=219.855Hの関係になる。
【００５９】
例えば、観察位置を水平方向に500ｍｍ移動させるには、スイングバリアの移動は2.274mmになる。
（４）左右追従手段：
スイングバリア101と表示パネル102の水平方向の相対位置を変えれば、立体視領域は所定の割合で水平方向にシフトする。表示パネル102に水平方向移動する支持機構と駆動機構を設け、視点位置に応じて表示パネル102を移動することで左右追従が可能になる。また、スイングバリアの振動制御する支持機構と駆動機構を水平方向に移動させる支持機構と駆動機構を設けて左右追従させても良い。
【００６０】
また、スイングバリアの振動の中点を移動することでも左右追従が可能である。振動の中点を移動するには所定のバイアスを電磁コイル302に印加すればよい。コントローラ305で視点位置を電磁コイルのバイアス値に換算し振動制御に重畳すれば視点追従が可能となる。
【００６１】
更に、ごく僅かな視点の移動であれば、表示タイミングを少しずらすことでも左右追従が可能である。
【００６２】
第4の実施形態で説明したようにスイングバリアを備えた立体表示装置においても視点追従によって立体視領域の拡大は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】スイングバリアでのシステム構成。
【図２】スイング動作A、及びスイング動作B。
【図３】画像表示タイミング（第1の実施形態）。
【図４】画像表示タイミング（第2の実施形態）。
【図５】駆動機構。
【図６】システム及びスイングバリア制御系のブロック図。
【図７】共振を利用した駆動機構。
【図８】左右追従の説明図。
【図９】電子式パララックスバリア方式の基本構成図（従来例）。
【図１０】電子式パララックスバリア方式の表示部構成図（従来例）。
【図１１】２Ｄ／３Ｄ混在表示の説明図（従来例）。
【図１２】電子式パララックスバリア方式の基本構成図（従来例）。
【図１３】移動式パララックスバリアの例（従来例）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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